RU2708597C2

RU2708597C2 - Improved separators with vortex tubes

Info

Publication number: RU2708597C2
Application number: RU2017134076A
Authority: RU
Inventors: Сиан Симус КЭРОЛЛ
Original assignee: Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В.
Priority date: 2015-03-03
Filing date: 2016-03-01
Publication date: 2019-12-09
Also published as: RU2017134076A3; JP2018508349A; CN107427847A; WO2016140964A1; CA2976692A1; RU2017134076A; US20180043292A1; EP3265205A1

Abstract

FIELD: separation.

SUBSTANCE: group of inventions relates to a separation vortex tube, a third stage separator and a method of removing solid particles from a gas stream. Separation vortex tube for separation of gas and solid particles includes a tubular case, an inlet hole of gas with solid particles, a pipeline of gas inlet, a blade and a VSP-vortex stabilizer containing a truncated or conical base. Separation vortex tube does not contain S-shaped rod. VSP vortex stabilizer comprises top surface (252), first lateral surface (253), second lateral surface (254) and bottom (255). Upper surface (252) has diameter ranging from 0.05 m to 0.5 m, second side surface (254) has initial diameter and final diameter. Initial diameter of second side surface (254) is equal to that of top surface (252). Ratio of the final diameter of the second side surface (254) to the initial diameter of the second side surface ranges from 1.5:1 to 5:1.

EFFECT: technical result consists in improvement of separation efficiency of solid particles and gas.

9 cl, 6 dwg

Description

Перекрестные ссылки на родственные заявкиCross references to related applications

Данная заявка испрашивает приоритет, заявленный в предварительной заявке на патент США № 62/127 631, поданный 3 марта 2015 года, которая включена в этот документ посредством ссылки.This application claims priority as claimed in provisional patent application US No. 62/127 631, filed March 3, 2015, which is incorporated herein by reference.

Уровень техникиState of the art

Настоящее изобретение в целом относится к усовершенствованным сепараторам с вихревыми трубами. Говоря более конкретно, в некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение относится к усовершенствованным сепараторам с вихревыми трубами, содержащими VSP- вихрестабилизаторы, и к связанным с ними способам и системам.The present invention generally relates to improved vortex tube separators. More specifically, in some embodiments, the present invention relates to improved vortex tube separators containing VSP vortex stabilizers and related methods and systems.

Удаление мелкодисперсных твердых частиц из увлекаемых газов необходимо почти в любой системе, где приходится пропускать газ через гидродинамическое устройство, содержащее газоотклоняющие стенки, например турбодетандер в расширителе, для предотвращения эрозионного повреждения таких систем. Кроме того, если увлекаемый газ приходится, в конце концов, выпускать в атмосферу, то удаление твердых частиц также оказывается важным с точки зрения охраны окружающей среды. Из-за этих экологических ограничений иногда требуются уровни выбросов ниже 50 мг/м³.Removing fine particulate matter from entrained gases is necessary in almost any system where gas has to be passed through a hydrodynamic device containing gas-deflecting walls, for example a turboexpander in an expander, to prevent erosion damage to such systems. In addition, if the entrained gas must ultimately be released into the atmosphere, then the removal of particulate matter is also important from an environmental point of view. Due to these environmental restrictions, emission levels below 50 mg / m ³ are sometimes required.

Подходящими сепараторами для удаления мелкодисперсных твердых частиц из увлекаемых газов являются так называемые сепараторы третьей ступени, например, такие, как описанные в первоисточнике Hydrocarbon Processing, январь 1985, стр.51-54. Сепараторы третьей ступени осуществляют удаление до достижения приемлемого уровня, хотя мелкие частицы все равно присутствуют в потоках газа, покидающих регенератор крекинг-установки с флюидизированным катализатором непосредственно перед турбодетандером или котлом, работающим на топочных газах. Было установлено, что сепараторы третьей ступени могут найти применение и в других процессах, где тонкодисперсные твердые частицы должны быть отделены от увлекаемых газов. Примерами таких процессов являются процессы прямого восстановления железа, процессы газификации угля, электростанции, работающие на угле и обжиговые процессы, такие как обжиг алюминия.Suitable separators for removing fine particulate matter from entrained gases are so-called third stage separators, such as those described in the original Hydrocarbon Processing source, January 1985, pp. 51-54. Separators of the third stage carry out the removal until an acceptable level is reached, although small particles are still present in the gas flows leaving the regenerator of the cracking unit with the fluidized catalyst immediately in front of the turboexpander or flue gas boiler. It was found that third stage separators can also be used in other processes where finely divided solids must be separated from entrained gases. Examples of such processes are direct iron reduction processes, coal gasification processes, coal-fired power plants, and roasting processes such as aluminum roasting.

Сепараторы третьей ступени могут содержать множество параллельно расположенных сепараторов с вихревыми трубами. Примеры сепараторов с вихревыми трубами описаны в EP-B-360 360, патент США № 4 863 500, патент США № 4 810 264, патент США № 5681450, GB-A-1411136 и патент США № 3 541 766, содержания которых включены в данный документ посредством ссылки. Коротко говоря, эти сепараторы третьей ступени выполняют сепарацию путем создания циклона в каждом сепараторе с вихревой трубой и используют этот циклон для физической сепарации, основанной на различии инерциальных свойств частиц в вихревой трубе.Separators of the third stage may contain many parallel separators with vortex tubes. Examples of vortex separators are described in EP-B-360 360, US Pat. No. 4,863,500, US Pat. No. 4,810,264, US Pat. No. 5,681,450, GB-A-1,411,136 and US Patent No. 3,541,766, the contents of which are incorporated in this document by reference. In short, these third stage separators perform separation by creating a cyclone in each vortex tube separator and use this cyclone for physical separation based on the difference in inertial properties of the particles in the vortex tube.

Некоторые из этих сепараторов с вихревыми трубами, описанные выше, могут содержать вихрестабилизатор. Считается, что вихрестабилизатор может увеличить эффективность сепаратора третьей ступени, если удерживать вихри, образуемые в центре каждого из сепараторов с вихревыми трубой. Пример вихрестабилизатора описан в патенте США № 7 648 544, все содержимое которого включено в данный документ путем ссылки. Если вкратце, то патент США № 7 648 544 описывает сепаратор с вихревой трубой, который содержит вихреудлиняющий шток (длинный тонкий стержень, обычно именуемый S-образный шток), который предназначен для удержания вихря вихревой трубы в центре сепаратора с вихревыми трубами.Some of these vortex tube separators described above may contain a vortex stabilizer. It is believed that the vortex stabilizer can increase the efficiency of the third stage separator by keeping the vortices formed in the center of each of the vortex tube separators. An example of a vortex stabilizer is described in US Pat. No. 7,648,544, the entire contents of which are incorporated herein by reference. In short, US Pat. No. 7,648,544 describes a vortex tube separator that contains a vortex extension rod (a long thin rod, commonly referred to as an S-shaped rod) that is designed to hold the vortex tube vortex in the center of the vortex tube separator.

Однако использование S-образного штока в сепараторе с вихревыми трубами может быть проблематичным. В некоторых случаях S-образный шток может страдать от усталости металла в нескольких местах и в конечном итоге может выпасть из вихревых труб. Это может привести к уменьшению производительности сепаратора третьей ступени и может потребовать значительного количества времени простоя для исправления. Кроме того, эти сепараторы с вихревыми трубами не могут работать со 100% эффективностью для частиц и могут страдать от переноса частиц между индивидуальными вихревыми трубами, что обычно называют перекрестными помехами.However, the use of an S-shaped rod in a vortex tube separator can be problematic. In some cases, the S-shaped stem may suffer from metal fatigue in several places and may ultimately fall out of the vortex tubes. This can lead to a decrease in the performance of the third stage separator and may require a significant amount of downtime for correction. In addition, these vortex tube separators cannot operate at 100% particle efficiency and may suffer from particle transfer between individual vortex tubes, which is commonly called crosstalk.

Желательно разработать новую конструкцию сепарационной вихревой трубы, которая не подвержена проблемам имеющихся конструкций сепарационных вихревых труб и в состоянии функционировать на том же уровне или лучше.It is desirable to develop a new design of a separation vortex tube, which is not subject to the problems of existing designs of separation vortex tubes and is able to function at the same level or better.

Краткое описание сущности изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

В одном варианте осуществления настоящее изобретение предоставляет вихревую трубу сепарации, содержащую: трубчатый корпус, впускное отверстие газа с твердыми частицами, трубопровод выпуска газа, лопасть и VSP-вихрестабилизатор.In one embodiment, the present invention provides a vortex separation tube comprising: a tubular body, a particulate gas inlet, a gas outlet pipe, a vane, and a VSP vortex stabilizer.

В другом варианте осуществления изобретения предлагается сепаратор третьей ступени, содержащий: сосуд под давлением, впускное отверстие дымового газа/катализаторной пыли, выпускное отверстие дымового газа, выпускное отверстие нижнего газа/катализаторной пыли и сепаратор с вихревыми трубами, где сепаратор с вихревыми трубами содержит трубчатый корпус, впускное отверстие для газа с твердыми частицами, трубопровод выпуска газа, лопасть и VSP-вихрестабилизатор.In another embodiment, a third stage separator is provided, comprising: a pressure vessel, a flue gas / catalyst dust inlet, a flue gas outlet, a lower gas / catalyst dust outlet and vortex separator, wherein the vortex separator comprises a tubular body , particulate gas inlet, gas exhaust pipe, vane and VSP swirl stabilizer.

В другом варианте осуществления изобретения предлагается способ, включающий: наличие сепаратора третьей ступени, где этот сепаратор третьей ступени содержит сосуд под давлением, впускное отверстие дымового газа/катализаторной пыли, выпускное отверстие дымового газа, выпускное отверстие нижнего газа/катализаторной пыли и сепаратор с вихревыми трубами, содержащий трубчатый корпус, впускное отверстие для газа с твердыми частицами, трубопровод выпуска газа, лопасть и VSP-вихрестабилизатор; и введение дымового газа и катализаторной смеси в сепаратор третьей ступени.In another embodiment, the invention provides a method comprising: a third stage separator, wherein the third stage separator comprises a pressure vessel, a flue gas / catalyst dust inlet, a flue gas outlet, a lower gas / catalyst dust outlet and vortex separator comprising a tubular body, a gas inlet with solid particles, a gas outlet pipe, a vane and a VSP vortex stabilizer; and introducing flue gas and catalyst mixture into a third stage separator.

Краткое описание графических материаловA brief description of the graphic materials

Более полное и глубокое понимание настоящих вариантов осуществления изобретения и их преимуществ можно будет получить при обращении к следующим описаниям с сопроводительными чертежами.A more complete and deeper understanding of the present embodiments of the invention and their advantages can be obtained by referring to the following descriptions with accompanying drawings.

На фиг. 1 показан вид в поперечном сечении сепаратора с вихревыми трубами в соответствии с определенными вариантами осуществления изобретения.In FIG. 1 is a cross-sectional view of a vortex tube separator in accordance with certain embodiments of the invention.

На фиг. 2 показан вид в поперечном сечении VSP-вихрестабилизатора в соответствии с определенными вариантами осуществления настоящего изобретения.In FIG. 2 is a cross-sectional view of a VSP vortex stabilizer in accordance with certain embodiments of the present invention.

На фиг. 3 показан вид в поперечном сечении сепаратора третьей ступени в соответствии с определенными вариантами осуществления изобретения.In FIG. 3 is a cross-sectional view of a third stage separator in accordance with certain embodiments of the invention.

Фиг. 4 - это график, иллюстрирующий эффективность различных систем сепарации с вихревыми трубами.FIG. 4 is a graph illustrating the effectiveness of various vortex separation systems.

На фиг. 5 показаны перекрестные помехи различных систем сепарации с вихревыми трубами.In FIG. 5 shows the crosstalk of various separation systems with vortex tubes.

На фиг. 6 показаны векторы частиц в различных системах сепарации с вихревыми трубами.In FIG. Figure 6 shows the particle vectors in various separation systems with vortex tubes.

Характеристики и преимущества настоящего изобретения будут очевидны для специалистов в данной области. И хотя специалистами в данной области могут быть сделаны многочисленные изменения, такие изменения соответствуют духу данного изобретения.The characteristics and advantages of the present invention will be apparent to those skilled in the art. Although numerous changes can be made by those skilled in the art, such changes are consistent with the spirit of the present invention.

Подробное описание сущности изобретенияDetailed Description of the Invention

Приведенное ниже описание включает примеры аппаратов, способов, методик и/или последовательностей инструкций, которые реализовывают методики объекта изобретения. Однако понятно, что описанные варианты осуществлений изобретения могут быть реализованы без этих конкретных деталей.The following description includes examples of apparatuses, methods, techniques and / or sequences of instructions that implement the techniques of the subject invention. However, it is understood that the described embodiments of the invention can be implemented without these specific details.

До недавних пор считали, что внутренний вихрь в вихревой трубе может быть разрушен с помощью устройств с S-образными штоками и что этого достаточно для предотвращения уноса твердых веществ в турбулентный поток. Однако было установлено, что прекращение вихря не всегда предотвращает унос твердых частиц из-под устройства с S-образными штоками. Считалось также, что использование твердой границы для предотвращения уноса нижнего газа приведет к большому падению давления в вихревой трубе, поскольку зона выхода вихревой трубы будет частично перекрыта.Until recently, it was believed that the internal vortex in a vortex tube can be destroyed by devices with S-shaped rods and that this is sufficient to prevent the entrainment of solids into the turbulent flow. However, it was found that the termination of the vortex does not always prevent the entrainment of solid particles from under the device with S-shaped rods. It was also believed that the use of a solid boundary to prevent the entrainment of the lower gas would lead to a large drop in pressure in the vortex tube, since the exit zone of the vortex tube would be partially blocked.

Усовершенствованные сепараторы с вихревыми трубами, описанные здесь, имеют ряд преимуществ. Во-первых, в некоторых вариантах осуществления изобретения, сепараторы с вихревыми трубами, описанные здесь, не содержат S-образного штока и, таким образом, не приводят к простоям из-за отказа S-образного штока. Во-вторых, сепараторы с вихревой трубой, описанные здесь, имеют более высокую эффективность, чем обычные сепараторы с вихревой трубой. В-третьих, сепараторы с вихревой трубой, описанные здесь, не подвержены явлению перекрестных помех, так как у них обратный поток с меньшим количеством частиц благодаря отсутствию зоны вихревой рециркуляции в основании выпускной трубы, и, таким образом, могут быть короче и/или меньше по размеру, чем обычные сепараторы с вихревыми трубами. В-четвертых, в некоторых вариантах осуществления изобретения при желании сепараторы с вихревыми трубами, описанные здесь, могут содержать S-образный шток.The improved vortex tube separators described herein have several advantages. First, in some embodiments of the invention, the vortex tube separators described herein do not contain an S-shaped rod and thus do not cause downtime due to failure of the S-shaped rod. Secondly, the vortex tube separators described herein have higher efficiency than conventional vortex tube separators. Thirdly, the vortex tube separators described here are not subject to crosstalk, since they have a return flow with fewer particles due to the absence of a vortex recirculation zone at the base of the exhaust pipe, and thus may be shorter and / or less in size than conventional vortex tube separators. Fourthly, in some embodiments of the invention, if desired, the vortex separators described herein may contain an S-shaped rod.

Сепаратор с вихревыми трубами 100, показанный на фиг. 1, соответствует определенным вариантам осуществлений настоящего изобретения. В некоторых вариантах осуществления изобретений сепаратор с вихревыми трубами 100 может иметь основные характеристики и свойства обычных сепараторов с вихревыми трубами. Примеры обычных сепараторов с вихревыми трубами описаны в патенте США №№ 3 541766, 5 690 709, 5 328 592, 5 372 707, 5 514 271 и 6 174 339, содержание которых настоящим включена посредством ссылки во всей их полноте.Vortex tube separator 100 shown in FIG. 1 corresponds to certain embodiments of the present invention. In some embodiments of the invention, the vortex separator 100 may have the basic characteristics and properties of conventional vortex separators. Examples of conventional vortex tube separators are described in US Pat. No. 3,541,766, 5,690,709, 5,328,592, 5,372,707, 5,514,271 and 6,174,339, the contents of which are hereby incorporated by reference in their entirety.

В определенных вариантах осуществления изобретения сепаратор с вихревыми трубами 100 может быть реверсивным сепаратором с вихревыми трубами. Как показано на фиг. 1, в некоторых вариантах осуществления изобретения сепаратор с вихревыми трубами 100 может содержать трубчатый корпус 110, впускное отверстие газа с твердыми частицами 120, трубопровод выпуска газа 130, лопасть 140 и вихрестабилизатор 150.In certain embodiments of the invention, the vortex separator 100 may be a reversible vortex separator. As shown in FIG. 1, in some embodiments, the vortex separator 100 may include a tubular body 110, a solid particle gas inlet 120, a gas discharge conduit 130, a vane 140, and a vortex stabilizer 150.

В определенных вариантах осуществления изобретения трубчатый корпус 110 может содержать обычный трубчатый корпус, используемый в обычных сепараторах с вихревыми трубами. В определенных вариантах осуществления изобретения трубчатый корпус 110 может быть изготовлен из металлов, металлических сплавов и/или керамики и может быть футерирован эрозиестойкими покрытиями или керамической футеровкой. В определенных вариантах осуществления изобретения трубчатый корпус 110 может быть цилиндрической формы с внутренним диаметром и внутренней длиной. В определенных вариантах осуществления изобретения трубчатый корпус 110 может состоять из трубчатой стенки 111, определяющей полое внутреннее пространство 112, верхнее отверстие 113 и нижнее отверстие 114.In certain embodiments of the invention, the tubular body 110 may comprise a conventional tubular body used in conventional vortex tube separators. In certain embodiments of the invention, the tubular body 110 may be made of metals, metal alloys and / or ceramics and may be lined with erosion resistant coatings or ceramic lining. In certain embodiments of the invention, the tubular body 110 may be cylindrical in shape with an inner diameter and an inner length. In certain embodiments, the tubular body 110 may consist of a tubular wall 111 defining a hollow interior 112, an upper opening 113, and a lower opening 114.

В определенных вариантах осуществления изобретения трубчатый корпус 110 может иметь внутренний диаметр в пределах от 0,15 до 1,5 м. В других вариантах осуществления изобретения трубчатый корпус 110 может иметь внутренний диаметр в пределах от 0,15 до 3 м. В других вариантах осуществления изобретения трубчатый корпус 110 может иметь внутренний диаметр от 0,5 до 2 м.In certain embodiments, the tubular body 110 may have an internal diameter in the range of 0.15 to 1.5 m. In other embodiments, the tubular body 110 may have an internal diameter in the range of 0.15 to 3 m. In other embodiments of the invention, the tubular body 110 may have an inner diameter of from 0.5 to 2 m.

В определенных вариантах осуществления изобретения внутренний диаметр трубчатого корпуса 110 может быть однородным по всему трубчатому корпусу 110. В определенных вариантах осуществления изобретения внутренний диаметр трубчатого корпуса 110 может быть неоднородным по всему трубчатому корпусу 110. В определенных вариантах осуществления изобретения трубчатый корпус 110 может содержать конус с большим внутренним диаметром и/или меньшим внутренним диаметром в верхнем отверстии 113 и/или нижнем отверстии 114.In certain embodiments, the inner diameter of the tubular body 110 may be uniform throughout the tubular body 110. In certain embodiments, the inner diameter of the tubular body 110 may be heterogeneous throughout the tubular body 110. In certain embodiments, the tubular body 110 may comprise a cone with a larger inner diameter and / or smaller inner diameter in the upper hole 113 and / or lower hole 114.

В определенных вариантах осуществления изобретения трубчатый корпус 110 может иметь внутреннюю длину в пределах от 0,1 до 15 м. В других вариантах осуществления изобретения трубчатый корпус 110 может иметь внутреннюю длину в пределах от около 0,5 до 10 м. В других вариантах осуществления изобретения трубчатый корпус 110 может иметь внутреннюю длину в пределах от 0,5 до 1,5 м.In certain embodiments, the tubular body 110 may have an internal length in the range of 0.1 to 15 m. In other embodiments, the tubular body 110 may have an internal length in the range of about 0.5 to 10 m. In other embodiments tubular body 110 may have an internal length ranging from 0.5 to 1.5 m.

В определенных вариантах осуществления изобретения трубчатый корпус 110 может иметь отношение внутренней длины к внутреннему диаметру от 1,5:1 до 25:1. В других вариантах осуществления изобретения трубчатый корпус 110 может иметь соотношение внутренней длины к внутреннему диаметру от 2:1 до 10:1. В других вариантах осуществления изобретения трубчатый корпус 110 может иметь соотношение внутренней длины к внутреннему диаметру от 2,5:1 до 5:1.In certain embodiments of the invention, the tubular body 110 may have a ratio of internal length to internal diameter of from 1.5: 1 to 25: 1. In other embodiments, the tubular body 110 may have a ratio of internal length to internal diameter of from 2: 1 to 10: 1. In other embodiments, the tubular body 110 may have a ratio of internal length to internal diameter of from 2.5: 1 to 5: 1.

В определенных вариантах осуществления изобретения внутренний диаметр верхнего отверстия 113 и/или нижнего отверстия 114 может быть таким же, как внутренний диаметр трубчатого корпуса 110. В других вариантах осуществления изобретения внутренний диаметр верхнего отверстия и/или нижнего отверстия 114 может варьироваться в пределах от 0,05 м до 0,5 м.In certain embodiments, the inner diameter of the upper hole 113 and / or lower hole 114 may be the same as the inner diameter of the tubular body 110. In other embodiments, the internal diameter of the upper hole and / or lower hole 114 may vary from 0, 05 m to 0.5 m.

В определенных вариантах осуществления изобретения впускное отверстие газа с твердыми частицами 120 может находиться в верхнем отверстии 113. В определенных вариантах осуществления изобретения впускное отверстие газа с твердыми частицами 120 может содержать кольцевое пространство, образованное трубчатой стенкой 111 и стенкой трубопровода выпуска газа 131 трубопровода выпуска газа 130.In certain embodiments, the particulate gas inlet 120 may be located in the upper hole 113. In certain embodiments, the particulate gas inlet 120 may comprise an annular space defined by a tubular wall 111 and a wall of the gas exhaust pipe 131 of the gas exhaust pipe 130 .

В определенных вариантах осуществления изобретения впускное отверстие газа с твердыми частицами 120 может разрешать поток газа и твердых частиц в вихревую трубу 100. В определенных вариантах осуществления изобретения нижнее отверстие 114 может разрешать поток твердых частиц из вихревой трубы 100 и поток газа в вихревую трубу 100. В определенных вариантах осуществления изобретения впускное отверстие газа с твердыми частицами 120 и нижнее отверстие 114 могут иметь размер, позволяющий поток газа в вихревую трубу 100 со скоростью потока газа в пределах от 10 куб. фут/мин до 40 куб. фут/мин. В определенных вариантах осуществления изобретения впускное отверстие газа с твердыми частицами 120 и нижнее отверстие 114 могут иметь размер, позволяющий поток твердых частиц в вихревую трубу 100 со скоростью потока газа в пределах от 5 мг/м³ до 1500 мг/м³. В определенных вариантах осуществления изобретения вихревая труба 100 может эксплуатироваться при температурах в пределах от 25°C до 850°C и давлениях в пределах от 0 бар избыт. давления до 5 бар избыт. давления или больше.In certain embodiments, the particulate gas inlet 120 may permit the flow of gas and particulate matter to the vortex tube 100. In certain embodiments, the bottom opening 114 may permit particulate flow from the vortex tube 100 and gas flow to the vortex tube 100. B Certain embodiments of the invention, the particulate gas inlet 120 and the lower hole 114 may be sized to allow gas to flow into the vortex tube 100 at a gas flow rate to the limit x 10 cubic meters. ft / min up to 40 cu ft / min In certain embodiments of the invention, the particulate gas inlet 120 and the bottom opening 114 may be sized to allow solids to flow into the vortex tube 100 at a gas flow rate in the range of 5 mg / m ³ to 1500 mg / m ³ . In certain embodiments of the invention, the vortex tube 100 can be operated at temperatures ranging from 25 ° C to 850 ° C and pressures ranging from 0 bar excess. pressure up to 5 bar excess. pressure or more.

В определенных вариантах осуществления изобретения трубопровод выпуска газа 130 может содержать стенку трубопровода выпуска газа 131, определяющую полое внутреннее пространство 132 и нижнее отверстие 133.In certain embodiments, the gas discharge conduit 130 may include a wall of the gas discharge conduit 131 defining a hollow interior 132 and a lower opening 133.

В определенных вариантах осуществления изобретения трубопровод выпуска газа 130 может иметь внутренний диаметр в пределах от 0,045 до 0,9 м. В других вариантах осуществления изобретения трубопровод выпуска газа 130 может иметь внутренний диаметр в пределах от 0,1 до 1 м. В других вариантах осуществления изобретения трубопровод выпуска газа 130 может иметь внутренний диаметр в пределах от 0,1 м до 0,5 м. В других вариантах осуществления изобретения трубопровод выпуска газа 130 может иметь внутренний диаметр в пределах от 0,1 м до 0,25 м.In certain embodiments, the gas discharge conduit 130 may have an internal diameter in the range of 0.045 to 0.9 m. In other embodiments, the gas outlet conduit 130 may have an internal diameter in the range of 0.1 to 1 m. In other embodiments of the invention, the gas discharge conduit 130 may have an internal diameter in the range of 0.1 m to 0.5 m. In other embodiments, the gas discharge conduit 130 may have an internal diameter in the range of 0.1 m to 0.25 m.

В определенных вариантах осуществления изобретения соотношение внутреннего диаметра трубопровода выпуска газа 130 к внутреннему диаметру трубчатого корпуса 110 может быть в пределах от 0,1:1 до 0,6:1. В других вариантах осуществления изобретения соотношение внутреннего диаметра трубопровода выпуска газа 130 к внутреннему диаметру трубчатого корпуса 110 может быть в пределах от 0,3:1 до 0,5:1.In certain embodiments, the ratio of the inner diameter of the gas discharge conduit 130 to the inner diameter of the tubular body 110 may range from 0.1: 1 to 0.6: 1. In other embodiments, the ratio of the inner diameter of the gas discharge conduit 130 to the inner diameter of the tubular body 110 may range from 0.3: 1 to 0.5: 1.

В определенных вариантах осуществления изобретения часть трубопровода выпуска газа 130 может входить в полое внутреннее пространство 112 трубчатого корпуса 110 через верхнее отверстие 113. В определенных вариантах осуществления изобретения трубопровод выпуска газа 130 может входить в полое внутреннее пространство 112 на расстояние в пределах от 0,1 до 0,5 м. В других вариантах осуществления изобретения трубопровод выпуска газа 130 может входить в полое внутреннее пространство 112 на расстояние в пределах от 0,2 до 0,4 м.In certain embodiments, a portion of the gas discharge conduit 130 may enter the hollow interior 112 of the tubular body 110 through the upper opening 113. In certain embodiments, the gas discharge conduit 130 may enter the hollow interior 112 from a distance of 0.1 to 0.5 m. In other embodiments of the invention, the gas discharge pipe 130 may enter the hollow interior 112 at a distance in the range from 0.2 to 0.4 m

В определенных вариантах осуществления изобретения нижнее отверстие 133 трубопровода выпуска газа 130 может иметь тот же внутренний диаметр трубопровода выпуска газа 130. В других вариантах осуществления изобретения нижнее отверстие 133 трубопровода выпуска газа 130 может иметь больший внутренний диаметр, чем трубопровод выпуска газа 130.In certain embodiments, the lower opening 133 of the gas discharge conduit 130 may have the same internal diameter of the gas discharge conduit 130. In other embodiments, the lower opening 133 of the gas discharge conduit 130 may have a larger inner diameter than the gas discharge conduit 130.

В определенных вариантах осуществления изобретения трубопровод выпуска газа 130 может разрешить выход газа из сепаратора с вихревыми трубами 100. В определенных вариантах осуществления изобретения трубопровод выпуска газа 130 может иметь размер, позволяющий выход газа из сепаратора с вихревыми трубами 100 при скорости потока в пределах от 10 куб. фут/мин до 100 куб. фут/мин. В определенных вариантах осуществления изобретения трубопровод выпуска газа 130 может быть прикреплен к газовой камере (не показана на фиг. 1).In certain embodiments, the gas outlet 130 may allow gas to exit the vortex separator 100. In certain embodiments, the gas outlet 130 may be sized to allow gas to escape from the vortex separator 100 at flow rates ranging from 10 cc . ft / min up to 100 cubic meters ft / min In certain embodiments, a gas discharge conduit 130 may be attached to a gas chamber (not shown in FIG. 1).

В определенных вариантах осуществления изобретения лопасть 140 может состоять из одной или нескольких поворачивающихся на угол лопастей, которые способны направлять поток в вихревое движение. В определенных вариантах осуществления изобретения лопасть 140 может быть изготовлена из металлов, металлических сплавов и/или керамики и может быть покрыта керамикой или износостойким покрытием. В определенных вариантах осуществления изобретения лопасть 140 может иметь диаметр в пределах от 0,1 до 0,5 м. В определенных вариантах осуществления изобретения лопасть 140 может иметь подходящий размер для установки в кольцевом пространстве, определенном трубчатой стенкой 111 и стенкой трубопровода выпуска газа 131.In certain embodiments of the invention, the blade 140 may consist of one or more angle-rotating blades that are capable of directing the flow in a swirling motion. In certain embodiments of the invention, the blade 140 may be made of metals, metal alloys and / or ceramics and may be coated with ceramics or wear-resistant coating. In certain embodiments, the vane 140 may have a diameter in the range of 0.1 to 0.5 m. In certain embodiments, the vane 140 may have a suitable size for installation in an annular space defined by the tubular wall 111 and the wall of the gas outlet pipe 131.

В определенных вариантах осуществления изобретения лопасть 140 может быть размещена в кольцевом пространстве, определенном трубчатой стенкой 111 и стенкой трубопровода выпуска газа 131. В определенных вариантах осуществления изобретения лопасть 140 может быть размещена на расстоянии ниже впускного отверстия 130 в пределах от 0 до 0,4 м.In certain embodiments of the invention, the blade 140 may be located in the annular space defined by the tubular wall 111 and the wall of the gas discharge pipe 131. In certain embodiments of the invention, the blade 140 may be placed at a distance below the inlet 130 in the range from 0 to 0.4 m .

В определенных вариантах осуществления изобретения лопасть 140 может позволить образование циклона в полой внутренней камере 112, когда газ с твердыми частицами вводится в полую внутреннюю камеру 112. В определенных вариантах осуществления изобретения вихрь может генерироваться вихревым потоком на выходной лопасти 140. Вихревой поток, наряду с выпускным отверстием газа 130, может генерировать циклон низкого давления в полой внутренней камере 112. В определенных вариантах осуществления изобретения образование циклона может позволить разделение газа и твердых частиц и выпуск газа через трубопровод выпуска газа 130. В определенных вариантах осуществления изобретения центробежные силы, вызванные вращательным потоком, могут отделить твердые частицы от газов в циклоне, так как силы инерции перемещают твердые частицы к стенке вихревой трубы. Затем газ может быть удален из полой внутренней камеры 112 через трубу выпуска газа 130, в то время как твердые частицы могут выйти через нижнее отверстие 114.In certain embodiments of the invention, the vane 140 may allow the formation of a cyclone in the hollow inner chamber 112 when solid gas is introduced into the hollow inner chamber 112. In certain embodiments, the vortex may be generated by the vortex flow to the outlet vane 140. The vortex stream, along with the outlet the gas hole 130 may generate a low pressure cyclone in the hollow inner chamber 112. In certain embodiments, the formation of the cyclone may allow split gas and particulate matter and gas discharging through a gas discharge conduit 130. In certain embodiments, centrifugal forces caused by the rotational flow can separate solid particles from gases in the cyclone, since inertia forces move solid particles to the wall of the vortex tube. Then the gas can be removed from the hollow inner chamber 112 through the gas discharge pipe 130, while solid particles can escape through the bottom opening 114.

В определенных вариантах осуществления изобретения вихрестабилизатор 150 может быть VSP-вихрестабилизатором. Используемый здесь термин "VSP-вихрестабилизатор" определяется как любой вихрестабилизатор, содержащий усеченное или коническое основание. В определенных вариантах осуществления изобретения VSP-вихрестабилизатор может состоять из цилиндрической верхней части расположенной на усеченном основании. На фигуре 2 показан VSP-вихрестабилизатор в соответствии с определенными вариантами осуществления настоящего изобретения.In certain embodiments, the vortex stabilizer 150 may be a VSP vortex stabilizer. The term “VSP vortex stabilizer” as used herein is defined as any vortex stabilizer containing a truncated or conical base. In certain embodiments, the VSP vortex stabilizer may consist of a cylindrical top located on a truncated base. Figure 2 shows a VSP vortex stabilizer in accordance with certain embodiments of the present invention.

На фиг. 2 показан VSP-вихрестабилизатор 250. В определенных вариантах осуществления изобретения, не показанных на фиг. 2, VSP-вихрестабилизатор 250 может быть прочной конструкцией без полых внутренних пространств. В таких вариантах осуществления изобретения VSP-вихрестабилизатор может быть изготовлен из металла, металлических сплавов, огнеупоров, керамики и/или металлокерамики. В других вариантах осуществления изобретения VSP-вихрестабилизатор 250 может содержать оболочку 251, определяющую полое внутреннее пространство.In FIG. 2 shows a VSP vortex stabilizer 250. In certain embodiments not shown in FIG. 2, VSP Vortex Stabilizer 250 may be a robust construction without hollow interior spaces. In such embodiments, the VSP vortex stabilizer may be made of metal, metal alloys, refractories, ceramics, and / or cermets. In other embodiments, the VSP vortex stabilizer 250 may include a sheath 251 defining a hollow interior.

В определенных вариантах осуществления изобретения оболочка 251 может быть изготовлена из стали, огнеупорных стеллитов, керамики и/или металлокерамики. В определенных вариантах осуществления изобретения оболочка 251 может иметь толщину в пределах от 0,01 м до 0,025 м на второй боковой поверхности 254 и толщину в пределах от 0,0075 дюйма до 0,025 дюйма на верхней поверхности 252.In certain embodiments of the invention, the sheath 251 may be made of steel, refractory stellites, ceramics and / or cermets. In certain embodiments of the invention, the shell 251 may have a thickness ranging from 0.01 m to 0.025 m on the second side surface 254 and a thickness ranging from 0.0075 inches to 0.025 inches on the upper surface 252.

В определенных вариантах осуществления изобретения VSP-стабилизатор 250 может состоять из верхней поверхности 252, первой боковой поверхности 253, второй боковой поверхности 254 и нижней части 255.In certain embodiments, the VSP stabilizer 250 may consist of an upper surface 252, a first side surface 253, a second side surface 254, and a lower part 255.

В определенных вариантах осуществления изобретения верхняя поверхность 252 может быть плоской поверхностью круговой формы. В определенных вариантах осуществления изобретения верхняя поверхность 252 может иметь постоянный диаметр. В определенных вариантах осуществления изобретения диаметр верхней поверхности 252 может иметь размер, исходя из своего применения. В определенных вариантах осуществления изобретения диаметр верхней поверхности 252 может быть в пределах от 0 до 0,5 м. В определенных вариантах осуществления изобретения диаметр верхней поверхности 252 может быть в пределах от 0,05 до 0,5 м. В других вариантах осуществления изобретения диаметр верхней поверхности 252 может быть в пределах от 0,2 до 0,4 м. В определенных вариантах осуществления изобретения верхняя поверхность 252 может быть гладкой, отполированной поверхностью. В определенных вариантах осуществления изобретения, не показанных на фиг. 2, S-образный шток может быть прикреплен к верхней поверхности 252. В определенных вариантах осуществления изобретения S-образный шток может иметь те же геометрию и материал, которые составляют любой вихреудлиняющий шток, описанный в патенте США № 7648544.In certain embodiments, the upper surface 252 may be a flat, circular surface. In certain embodiments, the upper surface 252 may have a constant diameter. In certain embodiments of the invention, the diameter of the upper surface 252 may have a size based on its application. In certain embodiments, the diameter of the upper surface 252 may be in the range of 0 to 0.5 m. In certain embodiments, the diameter of the upper surface 252 may be in the range of 0.05 to 0.5 m. In other embodiments, the diameter top surface 252 may be in the range of 0.2 to 0.4 m. In certain embodiments, top surface 252 may be a smooth, polished surface. In certain embodiments not shown in FIG. 2, an S-shaped stem may be attached to an upper surface 252. In certain embodiments, the S-shaped stem may have the same geometry and material as constitute any eddy extension rod described in US Pat. No. 7,648,544.

В определенных вариантах осуществления изобретения первая боковая поверхность 253 может быть цилиндрической формы с высотой в пределах от около 0,006 м до около 0,05 м. В определенных вариантах осуществления изобретения диаметр первой боковой поверхности 253 может быть таким же, как диаметр верхней поверхности 252.In certain embodiments, the first side surface 253 may be cylindrical with a height ranging from about 0.006 m to about 0.05 m. In certain embodiments, the diameter of the first side surface 253 may be the same as the diameter of the top surface 252.

В определенных вариантах осуществления изобретения вторая боковая поверхность 254 может быть цилиндрической формы с конусом. В определенных вариантах осуществления изобретения конус может быть однородным конусом. В определенных вариантах осуществления изобретения конус второй боковой поверхности 254 может быть в пределах от 10 градусов до около 60 градусов. В других вариантах осуществления изобретения конус второй боковой поверхности 254 может быть в пределах от около 20 градусов до около 50 градусов. В определенных вариантах осуществления изобретения конус второй боковой поверхности 254 может быть в пределах от около 30 градусов до 40 градусов. В других вариантах осуществления изобретения конус может быть неоднородным конусом.In certain embodiments, the second side surface 254 may be cylindrical with a cone. In certain embodiments, the cone may be a uniform cone. In certain embodiments, the cone of the second side surface 254 may range from 10 degrees to about 60 degrees. In other embodiments, the cone of the second side surface 254 may range from about 20 degrees to about 50 degrees. In certain embodiments, the cone of the second side surface 254 may range from about 30 degrees to 40 degrees. In other embodiments, the cone may be a non-uniform cone.

В определенных вариантах осуществления изобретения диаметр боковой поверхности 254 можно увеличить из первоначального диаметра до окончательного диаметра. В определенных вариантах осуществления изобретения первоначальный диаметр второй боковой поверхности 254 может быть равным диаметру первой боковой поверхности 253.In certain embodiments, the diameter of the side surface 254 may be increased from the original diameter to the final diameter. In certain embodiments, the initial diameter of the second side surface 254 may be equal to the diameter of the first side surface 253.

В определенных вариантах осуществления изобретения окончательный диаметр второй боковой поверхности 254 может иметь размер, исходя из своего применения. В определенных вариантах осуществления изобретения соотношение окончательного диаметра второй боковой поверхности 254 к начальному диаметру второй боковой поверхности 254 может быть в пределах от 1,5:1 до 5:1. В определенных вариантах осуществления изобретения соотношение окончательного диаметра второй боковой поверхности 254 к начальному диаметру второй боковой поверхности 254 может быть в пределах от 2:1 до 4:1. В определенных вариантах осуществления изобретения соотношение окончательного диаметра второй боковой поверхности 254 к начальному диаметру второй боковой поверхности 254 может быть больше, чем 5:1, в пределах от 5:1 до 10:1, в пределах от 10:1 до 50:1 или больше, чем 50:1.In certain embodiments, the final diameter of the second side surface 254 may be sized based on its application. In certain embodiments, the ratio of the final diameter of the second side surface 254 to the initial diameter of the second side surface 254 may be in the range of 1.5: 1 to 5: 1. In certain embodiments, the ratio of the final diameter of the second side surface 254 to the initial diameter of the second side surface 254 may range from 2: 1 to 4: 1. In certain embodiments, the ratio of the final diameter of the second side surface 254 to the initial diameter of the second side surface 254 may be greater than 5: 1, ranging from 5: 1 to 10: 1, ranging from 10: 1 to 50: 1, or more than 50: 1.

В определенных вариантах осуществления изобретения диаметр боковой поверхности 254 можно увеличить из первоначального диаметра до окончательного диаметра равномерно. В других вариантах осуществления изобретения диаметр боковой поверхности 254 можно увеличить из первоначального диаметра до окончательного диаметра неравномерно. В определенных вариантах осуществления изобретения высота боковой поверхности может быть в пределах от 0,1 м до 0,25 м.In certain embodiments of the invention, the diameter of the side surface 254 can be increased uniformly from the initial diameter to the final diameter. In other embodiments, the diameter of the side surface 254 may be increased unevenly from the initial diameter to the final diameter. In certain embodiments of the invention, the height of the side surface may be in the range of 0.1 m to 0.25 m.

В определенных вариантах осуществления изобретения нижняя часть 255 может иметь диаметр, равный окончательному диаметру второй боковой поверхности 254. В определенных вариантах осуществления изобретения нижняя часть 255 может быть открытой нижней частью. В определенных вариантах осуществления изобретения конструкция открытой нижней части VSP-вихрестабилизатора 250 может быть желательной, так как она позволяет сократить общий вес VSP-вихрестабилизатора 250 и уменьшает вибрации и изгибающие моменты, действующие на VSP-вихрестабилизатор 250.In certain embodiments, the lower portion 255 may have a diameter equal to the final diameter of the second side surface 254. In certain embodiments, the lower portion 255 may be an open lower portion. In certain embodiments of the invention, the design of the open bottom of the VSP vortex stabilizer 250 may be desirable since it reduces the total weight of the VSP vortex stabilizer 250 and reduces vibrations and bending moments acting on the VSP vortex stabilizer 250.

Как показано на фиг. 1, вихрестабилизатор 150 может состоять из любой комбинации характеристик и свойств, рассмотренных выше, в отношении VSP-вихрестабилизатора 250. В определенных вариантах осуществления изобретения вихрестабилизатор 150 может состоять из оболочки 151, верхней поверхности 152, первой боковой поверхности 153, второй боковой поверхности 154 и нижней части 155.As shown in FIG. 1, the vortex stabilizer 150 may consist of any combination of the characteristics and properties discussed above with respect to the VSP vortex stabilizer 250. In certain embodiments, the vortex stabilizer 150 may consist of a shell 151, an upper surface 152, a first side surface 153, a second side surface 154, and bottom of 155.

В определенных вариантах осуществления изобретения размеры вихрестабилизатора 150 могут основываться на размерах трубчатого корпуса 110. В определенных вариантах осуществления изобретения соотношение диаметра верхней поверхности 152 к внутреннему диаметру трубчатого корпуса 110 может быть в пределах от 0,05:1 до 0,7:1. В определенных вариантах осуществления изобретения соотношение диаметра верхней поверхности 152 к внутреннему диаметру трубчатого корпуса 110 может быть в пределах от 0,1:1 до 0,5:1. В определенных вариантах осуществления изобретения соотношение диаметра верхней поверхности 152 к внутреннему диаметру трубчатого корпуса 110 может быть в пределах от 0,2:1 до 0,3:1. В определенных вариантах осуществления изобретения соотношение окончательного диаметра второй боковой поверхности 154 к внутреннему диаметру трубчатого корпуса 110 может быть в пределах от 0,5:1 до 2:1. В определенных вариантах осуществления изобретения соотношение окончательного диаметра второй боковой поверхности 154 к внутреннему диаметру трубчатого корпуса 110 может быть в пределах от 0,75:1 до 1,5:1. В определенных вариантах осуществления изобретения соотношение окончательного диаметра второй боковой поверхности 154 к внутреннему диаметру трубчатого корпуса 110 может быть в пределах от 1:1 до 1,25:1.In certain embodiments, the dimensions of the vortex stabilizer 150 may be based on the dimensions of the tubular body 110. In certain embodiments, the ratio of the diameter of the upper surface 152 to the inner diameter of the tubular body 110 may be in the range from 0.05: 1 to 0.7: 1. In certain embodiments, the ratio of the diameter of the upper surface 152 to the inner diameter of the tubular body 110 may range from 0.1: 1 to 0.5: 1. In certain embodiments, the ratio of the diameter of the upper surface 152 to the inner diameter of the tubular body 110 may range from 0.2: 1 to 0.3: 1. In certain embodiments of the invention, the ratio of the final diameter of the second side surface 154 to the inner diameter of the tubular body 110 may range from 0.5: 1 to 2: 1. In certain embodiments, the ratio of the final diameter of the second side surface 154 to the inner diameter of the tubular body 110 may range from 0.75: 1 to 1.5: 1. In certain embodiments, the ratio of the final diameter of the second side surface 154 to the inner diameter of the tubular body 110 may range from 1: 1 to 1.25: 1.

В определенных вариантах осуществления изобретения вихрестабилизатор 150 может находиться посреди под трубчатым корпусом 110. В определенных вариантах осуществления изобретения часть вихрестабилизатора 150 может входить в полое внутреннее пространство 112. В определенных вариантах осуществления изобретения вихрестабилизатор 150 может быть расположен так, что верхняя поверхность 152 будет находиться на одном уровне с нижним отверстием 114. В других вариантах осуществления изобретения вихрестабилизатор 150 может быть расположен так, что верхняя поверхность 152 будет находиться выше нижнего отверстия 114. В определенных вариантах осуществления изобретения вихрестабилизатор 150 может удерживаться на месте двумя или более монтажными кронштейнами 160. В определенных вариантах осуществления изобретения монтажные кронштейны 160 могут быть приварены к наружному корпусу 110 и вихрестабилизатору 150.In certain embodiments, the vortex stabilizer 150 may be located in the middle under the tubular body 110. In certain embodiments, a portion of the vortex stabilizer 150 may enter the hollow interior 112. In certain embodiments, the vortex stabilizer 150 may be positioned so that the upper surface 152 is on flush with the bottom opening 114. In other embodiments of the invention, the vortex stabilizer 150 may be located so that the upper surface 152 will be above the lower hole 114. In certain embodiments, the vortex stabilizer 150 may be held in place by two or more mounting brackets 160. In certain embodiments, the mounting brackets 160 may be welded to the outer casing 110 and the swirl 150.

В определенных вариантах осуществления изобретения вихрестабилизатор 150 может служить для стабилизации циклона в полой камере 112 при работе сепарационной вихревой трубы 100. Используемый здесь термин «стабилизировать» может относиться к местонахождению и поддержанию осевой линии вихря в середине вихревой трубы 112, а также установке необходимого значения давления для регулирования потока газа с твердыми частицами в 112.In certain embodiments, the vortex stabilizer 150 may serve to stabilize the cyclone in the hollow chamber 112 during operation of the separation vortex tube 100. As used herein, the term “stabilize” may refer to the location and maintenance of the vortex centerline in the middle of the vortex tube 112, as well as setting the desired pressure value to control the flow of gas with solid particles in 112.

В определенных вариантах осуществления изобретения сепаратор с вихревыми трубами 100 должным образом может использоваться для различных типов разделения газа и твердых частиц. В определенных вариантах осуществления изобретения сепаратор с вихревыми трубами 100 может использоваться для сепарации твердых частиц диаметром от 1x10^-6 м до 250x10^-6 м из потока газа. В определенных вариантах осуществления изобретения поток газа может иметь содержание твердых частиц от 10 до 12 000 мг/м³. В определенных вариантах осуществления изобретения очищенный газ, покидающий сепаратор с вихревыми трубами 100, может иметь уровни выбросов ниже 50 мг/м³, ниже 30 мг/м³ или ниже 10 мг/м³. В определенных вариантах осуществления изобретения сепаратор с вихревыми трубами 100 может работать с эффективностью разделения от 90% до около 100%.In certain embodiments of the invention, the vortex separator 100 can be properly used for various types of separation of gas and solid particles. In certain embodiments of the invention, the vortex separator 100 can be used to separate solid particles with a diameter of from 1x10 ^-6 m to 250x10 ^-6 m from the gas stream. In certain embodiments of the invention, the gas stream may have a solids content of from 10 to 12,000 mg / m ³ . In certain embodiments, the purified gas leaving the vortex separator 100 may have emission levels below 50 mg / m ³ , below 30 mg / m ^3, or below 10 mg / m ³ . In certain embodiments of the invention, the vortex separator 100 may operate with a separation efficiency of from 90% to about 100%.

На фиг. 3 показан сепаратор третьей ступени 1000 согласно определенным вариантам осуществления настоящего изобретения. Как видно на фиг. 3, сепаратор третьей ступени 1000 может содержать: сосуд под давлением 1100, множество сепараторов с вихревыми трубами 1200, впускное отверстие дымового газа/катализаторной пыли 1300, выпускное отверстие дымового газа 1400 и выпускное отверстие нижнего газа/катализаторной пыли 1500.In FIG. 3 shows a third stage separator 1000 according to certain embodiments of the present invention. As seen in FIG. 3, the third stage separator 1000 may comprise: a pressure vessel 1100, a plurality of vortex separators 1200, a flue gas / catalyst dust inlet 1300, a flue gas outlet 1400 and a bottom gas / catalyst dust outlet 1500.

В определенных вариантах осуществления изобретения сепаратор третьей ступени 1000 может содержать от 1 до 500 сепараторов с вихревыми трубами 1200, расположенными в сосуде под давлением 1100. В определенных вариантах осуществления изобретения сепаратор третьей ступени 1000 может содержать от 70 до 150 сепараторов с вихревыми трубами 1200, расположенных в сосуде под давлением 1100. На фиг. 3 показан сепаратор третьей ступени 1000, содержащий 4 сепаратора с вихревыми трубами 1200.In certain embodiments of the invention, the separator of the third stage 1000 may contain from 1 to 500 separators with vortex tubes 1200 located in the pressure vessel 1100. In certain embodiments of the invention, the separator of the third stage 1000 may contain from 70 to 150 separators with vortex tubes 1200 located in a pressure vessel 1100. FIG. 3 illustrates a third stage separator 1000 comprising 4 vortex tube separators 1200.

В определенных вариантах осуществления изобретения сепараторы с вихревыми трубами 1200 могут содержать комбинацию характеристик и свойств, рассмотренных выше, в отношении сепаратора с вихревыми трубами 100. В определенных вариантах осуществления изобретения множество сепараторов с вихревыми трубами 1200 может быть установлено в сосуде под давлением 1100 таким образом, что смесь дымового газа и катализатора, поступающая в сосуд под давлением 1100 через отверстие дымового газа/катализаторной пыли 1300, может пройти в сепаратор с вихревыми трубами 1200. В определенных вариантах осуществления изобретения множество сепараторов с вихревыми трубами 1200 может быть установлено в сосуде под давлением 1100, так что дымовой газ может выйти из сепаратора с вихревыми трубами и затем выйти из сосуда под давлением 1100 через выпускное отверстие газа 1400. В определенных вариантах осуществления изобретения множество сепараторов с вихревыми трубами 1200 может быть установлено в сосуде под давлением 1100, так что катализаторная пыль может выйти из сепаратора с вихревыми трубами и затем выйти из сосуда под давлением 1100 через выпускное отверстие нижнего газа/катализаторной пыли 1500.In certain embodiments of the invention, vortex separators 1200 may comprise a combination of the characteristics and properties discussed above with respect to the vortex separator 100. In certain embodiments, a plurality of vortex separators 1200 may be installed in a pressure vessel 1100 in such a way that the mixture of flue gas and catalyst entering the vessel under pressure 1100 through the opening of the flue gas / catalyst dust 1300 can pass into the separator with vortex tubes 1200. In certain embodiments, a plurality of vortex separators 1200 may be installed in the pressure vessel 1100 so that flue gas can exit the vortex separator and then exit the pressure vessel 1100 through the gas outlet 1400. In certain embodiments of the invention, a plurality of vortex separators 1200 can be installed in the vessel under pressure 1100, so that catalyst dust can exit the vortex separator and then exit the vessel under advent 1100 through the outlet of the lower gas / catalyst dust 1500.

В определенных вариантах осуществления изобретения предлагается способ, включающий: наличие сепаратора третьей ступени, где этот сепаратор третьей ступени содержит сосуд под давлением, впускное отверстие дымового газа/катализаторной пыли, выпускное отверстие дымового газа, выпускное отверстие нижнего газа/катализаторной пыли и сепаратор с вихревыми трубами, содержащий трубчатый корпус, впускное отверстие газа с твердыми частицами, трубопровод выпуска газа, лопасть и VSP-вихрестабилизатор; и введение потока газа в сепаратор третьей ступени.In certain embodiments, a method is provided comprising: a third stage separator, wherein the third stage separator comprises a pressure vessel, a flue gas / catalyst dust inlet, a flue gas outlet, a lower gas / catalyst dust outlet and vortex separator containing a tubular body, a gas inlet with solid particles, a gas outlet pipe, a blade and a VSP vortex stabilizer; and introducing a gas stream into the third stage separator.

В определенных вариантах осуществления изобретения сепаратор третьей ступени может содержать сепаратор третьей ступени, рассмотренный выше. В определенных вариантах осуществления изобретения поток газа может содержать поток газа, имеющий твердые частицы. В определенных вариантах осуществления изобретения поток газа может содержать смесь дымового газа и катализатора, которая может иметь твердые частицы с диаметрами от 1x10^-6м до 250 x 10^-6 м, из потока газа. В определенных вариантах осуществления изобретения поток газа может иметь содержание твердых частиц от 10 до 12 000 мг/м³.In certain embodiments, the third stage separator may comprise a third stage separator as discussed above. In certain embodiments, the gas stream may comprise a gas stream having solid particles. In certain embodiments of the invention, the gas stream may comprise a mixture of flue gas and catalyst, which may have solid particles with diameters from 1x10 ^-6 m to 250 x 10 ^-6 m, from the gas stream. In certain embodiments of the invention, the gas stream may have a solids content of from 10 to 12,000 mg / m ³ .

В определенных вариантах осуществления изобретения способ может дополнительно включать удаление твердых частиц из потока газа. В определенных вариантах осуществления изобретения твердые частицы могут быть удалены из потока газа путем разрешения поступления потока газа в сепаратор с вихревыми трубами. В определенных вариантах осуществления изобретения удаление твердых частиц из потока газа может включать генерацию потока очищенного газа. В определенных вариантах осуществления изобретения поток очищенного газа может иметь содержание твердых частиц ниже 50 мг/м³, ниже 30 мг/м³или даже ниже 10 мг/м³.In certain embodiments of the invention, the method may further include removing solid particles from the gas stream. In certain embodiments, solids can be removed from the gas stream by allowing the gas stream to enter the vortex separator. In certain embodiments, removing particulate matter from a gas stream may include generating a stream of purified gas. In certain embodiments, the purified gas stream may have a solids content below 50 mg / m ³ , below 30 mg / m ^3, or even below 10 mg / m ³ .

Для более глубокого понимания настоящего изобретения приведены следующие примеры конкретных вариантов осуществления изобретения. Приведенные ниже примеры не следует принимать в качестве ограничения или определения объема изобретения.For a better understanding of the present invention, the following examples of specific embodiments of the invention are provided. The following examples should not be taken as limiting or defining the scope of the invention.

ПримерыExamples

Пример 1Example 1

Для проверки эффективности сепарационной системы третьей ступени, состоящей из двух трубок сепарационных вихревых труб в различных конфигурациях, было проведено компьютерное моделирование системы. В первой конфигурации две сепарационные вихревые трубы не содержали вихрестабилизаторов. Во второй конфигурации две сепарационные вихревые трубы содержали вихрестабилизаторы с S-образными штоками. В третьем конфигурации две сепарационные вихревые трубы содержали VSP-вихрестабилизаторы в соответствии с определенными вариантами осуществлений настоящего изобретения.To verify the effectiveness of the third stage separation system, consisting of two separation vortex tube tubes in various configurations, a computer simulation of the system was carried out. In the first configuration, two separation vortex tubes did not contain vortex stabilizers. In the second configuration, two separation vortex tubes contained vortex stabilizers with S-shaped rods. In a third configuration, two separation vortex tubes contained VSP vortex stabilizers in accordance with certain embodiments of the present invention.

Для каждой из конфигураций было выполнено моделирование, вводящее катализаторную пыль в систему с двумя вихревыми трубами. Геометрия и скорости потоков были репрезентативными для типичных операций с TSS вихревыми трубами. Нагрузка по твердым частицам в вихревые трубы варьировалась в пределах от 120 мг/м³ до 12 000 мг/м³ при этом сохранялись постоянными: расход газа, давление и температура.For each of the configurations, a simulation was performed that introduced catalyst dust into a system with two vortex tubes. The geometry and flow rates were representative of typical TSS vortex tube operations. The load on solid particles in the vortex tubes varied from 120 mg / m ³ to 12,000 mg / m ³ while remaining constant: gas flow, pressure and temperature.

При моделировании измерялась эффективность сепарации, падение давления в вихревой трубе и величина скорости потока как газа, так и твердых частиц вихревой трубы в зависимости от нагрузки по твердым частицам и оконечного устройства.In the simulation, the separation efficiency, the pressure drop in the vortex tube, and the flow rate of both gas and solid particles of the vortex tube, depending on the load on the solid particles and the terminal device, were measured.

Диаграмма, отображающая эффективность разделения для каждой конфигурации, показана на фиг. 4. Иллюстрация перекрестных помех для каждой конфигурации показана на фиг. 5. Иллюстрация векторов частиц для каждой конфигурации показана на фиг. 6.A diagram showing the separation efficiency for each configuration is shown in FIG. 4. An illustration of crosstalk for each configuration is shown in FIG. 5. An illustration of particle vectors for each configuration is shown in FIG. 6.

На фиг. 4 показана общая эффективность разделения, которая для третьей конфигурации была намного выше, чем общая эффективность разделения первой и второй конфигураций. Эффективность разделения оценивалась в 100% для третьей конфигурации и при измерении равнялась только 97,8% для второй конфигурации и 98,9% для первой конфигурации.In FIG. 4 shows the overall separation efficiency, which for the third configuration was much higher than the overall separation efficiency of the first and second configurations. The separation efficiency was estimated at 100% for the third configuration and, when measured, was only 97.8% for the second configuration and 98.9% for the first configuration.

На фиг. 5 показано, что хотя перекрестные помехи частиц между каждым из сепараторов с вихревыми трубами случались в первой и второй конфигурациях, никаких перекрестных помех частиц между каждым из сепараторов с вихревыми трубами не наблюдалось в третьем конфигурации. Это означает, что третья конфигурация была самой эффективной.In FIG. Figure 5 shows that although crosstalk of particles between each of the vortex tube separators occurred in the first and second configurations, no crosstalk of particles between each of the vortex tube separators was observed in the third configuration. This means that the third configuration was the most effective.

На фиг. 6 показаны мгновенные векторы частиц в поперечном сечении вихревой трубы. Эти векторы показывают движение частиц катализатора в вихревой трубе. Вихревая труба с S-образным штоком и без S-образного штока показывает, что частицы захватываются в центр вихревой трубы и затем проходят до трубы выпуска газа. На фиг. 6 с имеющимся VSP-вихрестабилизатором показано, что частицы ограничиваются стенками вихревой трубы и не попадают в центральный вихрь.In FIG. Figure 6 shows the instantaneous vectors of particles in the cross section of a vortex tube. These vectors show the movement of catalyst particles in a vortex tube. A vortex tube with an S-shaped rod and without an S-shaped rod shows that particles are trapped in the center of the vortex tube and then pass to the gas outlet pipe. In FIG. Figure 6 with the existing VSP vortex stabilizer shows that the particles are limited by the walls of the vortex tube and do not fall into the central vortex.

Таким образом, результаты показывают, что сепараторы с вихревыми трубами, описанные в данном документе, работают на более высоком уровне, чем обычные сепараторы с вихревыми трубами.Thus, the results show that the vortex tube separators described herein operate at a higher level than conventional vortex tube separators.

Хотя варианты осуществления изобретения описаны со ссылкой на различные варианты реализаций и эксплуатаций, следует понимать, что эти осуществления изобретения носят иллюстративный характер и что объем предмета изобретения не ограничивается ими. Возможны многие вариации, изменения, дополнения и усовершенствования.Although embodiments of the invention are described with reference to various embodiments and operations, it should be understood that these embodiments of the invention are illustrative and that the scope of the subject invention is not limited to them. Many variations, changes, additions and improvements are possible.

Для компонентов, операций или конструкций, описанных здесь в виде одного примера, могут быть предложены множественные примеры. Как правило, конструкции и функциональные возможности, показанные в виде отдельных компонентов в примерах конфигураций, могут быть реализованы в виде объединенной конструкции или компонента. Аналогично, конструкции и функциональные возможности, представленные в виде одного компонента, могут быть реализованы в виде отдельных компонентов. Эти и другие варианты, модификации, дополнения и усовершенствования находятся в пределах объема объекта изобретения.For the components, operations, or constructs described herein as one example, multiple examples may be proposed. Typically, the designs and functionality shown as individual components in configuration examples can be implemented as an integrated structure or component. Similarly, designs and functionalities presented as a single component can be implemented as separate components. These and other options, modifications, additions and improvements are within the scope of the object of the invention.

Claims

1. A separation vortex tube for separating gas and solid particles, comprising: a tubular body, a gas inlet with solid particles, a gas discharge pipe, a blade and a VSP vortex stabilizer (250) containing a truncated or conical base, said VSP vortex stabilizer comprising an upper the surface (252), the first side surface (253), the second side surface (254) and the lower part (255), while the upper surface has a diameter in the range from 0.05 m to 0.5 m, the second side surface has an initial diameter and finish the diameter, the initial diameter of the second side surface being equal to the diameter of the upper surface and the ratio of the final diameter of the second side surface to the initial diameter of the second side surface is in the range from 1.5: 1 to 5: 1, and the specified separation vortex tube does not contain an S-shaped stock.

2. The separation vortex tube according to claim 1, characterized in that the VSP-vortex stabilizer has a solid structure without a hollow interior.

3. The separation vortex tube according to claim 1, characterized in that the VSP-vortex stabilizer has a shell defining a hollow interior space.

4. The separation vortex tube according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the tubular body has an inner diameter in the range from 0.15 m to 1.5 m

5. The separation vortex tube according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that the VSP-vortex stabilizer is located in the middle and below the tubular body.

6. The separation vortex tube according to any one of paragraphs. 1-5, characterized in that the part of the VSP-vortex stabilizer passes into the hollow interior defined by the tubular body.

7. The separation vortex tube according to any one of paragraphs. 1-6, characterized in that the VSP-vortex stabilizer is attached to the tubular body by one or more mounting brackets.

8. The separator of the third stage, comprising: a pressure vessel, the inlet of the flue gas / catalyst dust, the outlet of the flue gas, the outlet of the lower gas / catalyst dust and the separator with vortex tubes according to any one of paragraphs. 1-7.

9. A method for removing solid particles from a gas stream, including:

providing a third stage separator, characterized in that the third stage separator comprises a pressure vessel, a flue gas / catalyst dust inlet, a flue gas outlet, a lower gas / catalyst dust outlet and vortex separator according to any one of claims 1 to 7;

introducing a gas stream with solid particles into the separator of the third stage with a load on solid particles in the range from 120 to 12000 mg / m ³ ; and

removal of solid particles from the gas stream.